JP6432207B2

JP6432207B2 - トロイダル型無段変速機

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Publication number: JP6432207B2
Application number: JP2014165676A
Authority: JP
Inventors: 康治靱
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-08-18
Filing date: 2014-08-18
Publication date: 2018-12-05
Anticipated expiration: 2034-08-18
Also published as: JP2016041948A

Description

この発明は、自動車用変速装置として、或いはポンプ等の各種産業用機械の運転速度を調節する為の変速装置として利用する、トロイダル型無段変速機に関する。

自動車用変速機を構成する変速機の一種としてトロイダル型無段変速機が、特許文献１等の多くの刊行物に記載される等により広く知られており、一部で実施されている。又、トロイダル型無段変速機と遊星歯車機構とを組み合わせて無段変速装置を構成し、このうちのトロイダル型無段変速機単体としての変速比（減速比）に比べて、無段変速装置全体としての速度比（増速比）の調節範囲を大きくする構造も、例えば特許文献２に記載される等により、従来から知られている。図３〜６は、この特許文献２に記載された、無段変速装置の従来構造の１例を示している。尚、以下の説明では、明瞭化の為、トロイダル型無段変速機単体に関しては変速比の語を使用し、無段変速装置に関しては速度比の語を使用する。

前記特許文献２に記載された無段変速装置は、トロイダル型無段変速機１と、前段、中段、後段の３段階のユニットを備えた遊星歯車式変速機２とを、低速用クラッチ３と高速用クラッチ４とを介して組み合わせて成る。そして、これら両クラッチ３、４の断接状態を切り換えると共に、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を調節する事により、入力軸５と出力軸６との間の速度比を無限大に調節可能としている。即ち、前記低速用クラッチ３を接続すると共に前記高速用クラッチ４の接続を断った低速モード状態で、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を調節する事により、前記入力軸５を一方向に回転させた状態のまま、前記出力軸６を、停止状態を挟んで、両方向に回転させられる様にしている。これに対して、前記高速用クラッチ４を接続すると共に前記低速用クラッチ３の接続を断った高速モード状態で、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を増速側に変化させる程、前記無段変速装置全体としての速度比も増速側に変化させる様にしている。

上述の様なトロイダル型無段変速機１は、特許請求の範囲に記載した外側ディスクに相当する１対の入力側ディスク７ａ、７ｂと、特許請求の範囲に記載した内側ディスクに相当する一体型の出力側ディスク８と、４個のパワーローラ９、９とを備える。そして、これら両入力側ディスク７ａ、７ｂは、前記入力軸５を介して互いに同心に、且つ、同期した回転を自在として結合されている。又、前記出力側ディスク８は、前記両入力側ディスク７ａ、７ｂ同士の間に、これら両入力側ディスク７ａ、７ｂと同心に、且つ、これら両入力側ディスク７ａ、７ｂに対する相対回転を自在として支持されている。更に、前記各パワーローラ９、９は、これら各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に関して、この出力側ディスク８の軸方向両側面とこれら両入力側ディスク７ａ、７ｂの軸方向片側面との間に、それぞれ２個ずつ、合計４個挟持されている。そして、これら両入力側ディスク７ａ、７ｂの回転に伴って回転しつつ、これら両入力側ディスク７ａ、７ｂから前記出力側ディスク８に動力を伝達する。

前記出力側ディスク８はその軸方向両端部を、それぞれがスラストアンギュラである１対の玉軸受１０、１０等の転がり軸受により、回転自在に支持している。又、前記各パワーローラ９、９はそれぞれ、特許請求の範囲に記載した支持部材に相当するトラニオン１１、１１の内側面に、回転自在に支持している。又、これら各トラニオン１１、１１の両端部を支持する為に１対の支持板１２ａ、１２ｂをケーシング１３の内側に、互いに平行に且つ上下方向に間隔を空けて配置されたアクチュエータボディー１４及び連結板１５と、１対の支柱１６、１６とを介して設けている。これら両支柱１６、１６はそれぞれ、前記入力軸５を挟んで径方向反対側に互いに同心に設けられた１対の支持ポスト部１７ａ、１７ｂを、環状乃至は枠状の支持部１８により連結して成る。前記入力軸５は、この支持部１８の内側を挿通している。

又、前記両支柱１６、１６の下端部は、前記アクチュエータボディー１４の上面に凹凸嵌合により、取付位置並びに取付方向を規制した状態で、それぞれボルト１９、１９により結合固定している。これに対して前記両支柱１６、１６の上端部は前記連結板１５の下面に、それぞれボルト２０、２０により、やはり凹凸嵌合に基づいて取付位置を規制した状態で結合固定している。この様にして前記アクチュエータボディー１４の上面と前記連結板１５の下面との間に掛け渡した前記１対の支柱１６、１６に設けた、前記各支持ポスト部１７ａ、１７ｂのうち、下側の支持ポスト部１７ａ、１７ａを、前記１対の支持板１２ａ、１２ｂのうちの下側の支持板１２ａに形成した支持孔２１ａ、２１ａに、がたつきなく内嵌している。又、上側の支持ポスト部１７ｂ、１７ｂを、前記１対の支持板１２ａ、１２ｂのうちの上側の支持板１２ｂに形成した支持孔２１ｂ、２１ｂに、がたつきなく内嵌している。

前記各トラニオン１１、１１は、それぞれ、支持梁部２２と、１対ずつの折れ曲がり部２３ａ、２３ｂ及び傾転軸２４ａ、２４ｂとを備える。このうちの支持梁部２２は、前記各パワーローラ９、９を支持する為の部分で、これら各パワーローラ９、９はこの支持梁部２２の内側面に、偏心軸２５と、複数の転がり軸受２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄとにより支持されている。この状態で前記各パワーローラ９、９は、前記偏心軸２５の先半部を中心とする回転を自在に、且つ、この偏心軸２５の基半部を中心とする、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向の揺動変位を可能に支持される。又、前記両折れ曲がり部２３ａ、２３ｂは、前記支持梁部２２の両端部から前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の径方向に関して内側に折れ曲がっている。そして、前記両折れ曲がり部２３ａ、２３ｂの互いに反対側の側面である外側面に前記両傾転軸２４ａ、２４ｂを、互いに同心に設けている。

それぞれが上述の様に構成され、それぞれの支持梁部２２の内側面に前記各パワーローラ９、９を支持した、前記各トラニオン１１、１１は、前記両支持板１２ａ、１２ｂ同士の間に掛け渡す状態で、前記各傾転軸２４ａ、２４ｂを中心とする揺動及びこれら各傾転軸２４ａ、２４ｂの軸方向の変位を可能に支持している。この為に、前記両支持板１２ａ、１２ｂの四隅部分に、それぞれ円形の保持孔２７ａ、２７ｂを、これら両支持板１２ａ、１２ｂを貫通する状態で形成している。そして、これら各保持孔２７ａ、２７ｂの内周面と前記各傾転軸２４ａ、２４ｂの外周面との間に、それぞれラジアルニードル軸受２８、２８を設けている。これら各ラジアルニードル軸受２８、２８は、外周面が部分球面状の凸曲面である外輪２９、２９を備え、これら各外輪２９、２９を前記各保持孔２７ａ、２７ｂに、がたつきなく、且つ、これら各保持孔２７ａ、２７ｂの軸方向に関する変位及び若干の揺動変位を可能に内嵌している。前記各ラジアルニードル軸受２８、２８を構成するニードル３０、３０は、前記各傾転軸２４ａ、２４ｂの外周面に設けた内輪軌道と前記各外輪２９、２９の内周面に設けた外輪軌道との間に、転動自在に設けている。

尚、前記アクチュエータボディー１４と前記連結板１５とのうち、アクチュエータボディー１４は、前記ケーシング１３の下部に固定している。又、前記連結板１５は前記ケーシング１３内に、長さ方向（図３、４の左右方向、図５の表裏方向）及び幅方向の位置を規制した状態で設置している。この位置規制を行う為に、前記連結板１５の上面と、前記ケーシング１３の天板部３１の下面との間に位置決めスリーブ３２、３２を掛け渡している。前記出力側ディスク８の軸方向両端部は、この様にして前記ケーシング１３内の所定位置に固定した１対の支柱１６、１６の中間部に設けられた前記両支持部１８、１８に、前記両玉軸受１０、１０により、回転自在に支持している。

上述の様なトロイダル型無段変速機１の変速比を調節するには、前記アクチュエータボディー１４内に収納したアクチュエータ３３ａ、３３ｂにより、前記各トラニオン１１、１１を前記各傾転軸２４ａ、２４ｂの軸方向に変位させる。言い換えれば、これら各傾転軸２４ａ、２４ｂに関する前記各トラニオン１１、１１の位置を、中立位置から、変速比を調節すべき方向に応じた方向に変位させる。この変位により、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向側面と前記各パワーローラ９、９の周面との転がり接触部（トラクション部）に作用する力の方向が変化する。具体的には、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の回転方向に関する接線方向に対し傾斜した方向の分力が発生する。そして、この分力に基づいて前記各トラニオン１１、１１が前記各パワーローラ９、９と共に、前記各傾転軸２４ａ、２４ｂを中心として傾斜し、その結果、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の径方向に関する前記各トラクション部の位置が変化し、前記変速比の調節が行われる。この変速比が所望値になった状態で、前記各トラニオン１１、１１の位置を前記中立位置に戻せば、前記変速比が調節後の値に保持される。

前記トロイダル型無段変速機１によるトルク伝達時には、駆動軸３４により一方（図３、４の左方）の入力側ディスク７ａを、押圧装置３５を介して回転駆動する。この際、この押圧装置３５が発生する押圧力に基づいて、前記トロイダル型無段変速機１のトルク伝達に寄与する部材である、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８や前記各パワーローラ９、９、並びに、これら各パワーローラ９、９を支持している前記各トラニオン１１、１１が弾性変形する。前記押圧装置３５が発生する押圧力は、前記トロイダル型無段変速機１により伝達するトルクが大きくなる程大きくなり、それに伴って前記各部材７ａ、７ｂ、８、９、１１の弾性変形量も多くなる。この結果、これら各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に関する、前記各パワーローラ９、９の位置が変動する。図３〜６に示した従来構造の１例の場合には、前記各偏心軸２５、２５の先半部の周囲に回転自在に支持された前記各パワーローラ９、９が、これら各偏心軸２５、２５の基半部を中心として、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に揺動変位する事で補償する。

尚、トロイダル型無段変速機を構成する各部材の弾性変形に拘らず、各ディスクの軸方向に関する各パワーローラの位置を適正に維持する為の構造として、特許文献３に記載された構造がある。この特許文献３に記載された構造の場合、トラニオンを構成する支持梁部の内側面（各ディスクの径方向に関する内側の側面）を円筒状凸面とすると共に、この支持梁部とパワーローラの外側面との間に設けるスラスト玉軸受を構成する外輪の外側面に、部分円筒面状の凹部を、この外側面を径方向に横切る状態で設けている。そして、前記円筒状凸面とこの凹部とを係合させ、前記トラニオンに対して前記外輪を、各ディスクの軸方向に関する揺動変位を可能に支持している。この様な特許文献３に記載された構造の場合には、前記パワーローラをこれら各ディスクの軸方向に変位させる必要が生じると、前記外輪を前記円筒状凸面の中心軸を中心として揺動変位させる事で、前記パワーローラの周面と前記各ディスクの軸方向側面との接触状態を適正に維持する事ができる。

各ディスク７ａ、７ｂ、８の軸方向に関する各パワーローラ９、９の変位を許容する構造の如何に拘わらず、トロイダル型無段変速機１を構成する、各トラニオン１１、１１と１対の支持板１２ａ、１２ｂとの位置関係は頻繁に変化する。先ず、前記トロイダル型無段変速機１の変速比の調節開始時には、各保持孔２７ａ、２７ｂの内周面と各外輪２９、２９の外周面との摩擦により前記両支持板１２ａ、１２ｂに、各傾転軸２４ａ、２４ｂの軸方向の力が加わる。この力の作用方向は、図５の左右両側で、上下逆方向になるので、前記両支持板１２ａ、１２ｂが、この図５の左右方向に対して傾斜する傾向になる。又、実際に変速比が変化し始めると、前記各傾転軸２４ａ、２４ｂを中心として前記各トラニオン１１、１１が、前記両支持板１２ａ、１２ｂに対し揺動変位する。更に、大きなトルク伝達時には、前記各トラニオン１１、１１が前記各パワーローラ９、９から加わる大きなスラスト荷重により弾性変形し、これに伴って、前記各トラニオン１１、１１の両端部に設けた１対ずつの傾転軸２４ａ、２４ｂの同心性が損なわれる（これら両傾転軸２４ａ、２４ｂの中心軸同士が僅かに傾斜する）。この傾斜は、それぞれの外周面を部分球面状とした前記各外輪２９、２９の揺動変位により補償するが、この補償に伴って、前記各トラニオン１１、１１と前記両支持板１２ａ、１２ｂとの位置関係が僅かにずれる。この様な位置関係のずれが発生すると、これら両支持板１２ａ、１２ｂは、前記図５の左右方向に対して傾斜する傾向になるだけでなく、図４の左右方向（図５の表裏方向）に対しても傾斜する傾向になる。又、組み付け誤差等により、前記両支持板１２ａ、１２ｂが、前記図５の左右方向、或いは、図４の左右方向に傾斜した状態で、前記ケーシング１３内に設置されている場合には、前記各トラニオン１１、１１から前記両支持板１２ａ、１２ｂに加わる力の釣り合いが取れず、これら両支持板１２ａ、１２ｂがより傾斜し易くなる。そして、前記両支持板１２ａ、１２ｂの傾斜角度が大きくなると、これら両支持板１２ａ、１２ｂの端縁と、前記各トラニオン１１、１１の両端面の一部で、前記各傾転軸２４ａ、２４ｂからそれぞれ支持梁部２２側に外方に（前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の径方向外方に）外れた肩部と｛又は、支持板１２ａ、１２ｂの内側面と、トラニオン１１、１１の肩部の外周縁（支持梁部２２の外側面と肩部との連続部）と｝が当接する可能性がある。

又、前記トロイダル型無段変速機１によるトルク伝達時には、押圧装置３５が発生する押圧力に基づいて、トラクション部から前記各パワーローラ９、９、前記各転がり軸受２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄを介して前記各トラニオン１１、１１の支持梁部２２、２２にスラスト荷重（各ディスク７ａ、７ｂ、８の径方向の力）が加わる。このスラスト荷重は、前記各トラニオン１１、１１の傾転軸２４ａ、２４ｂから前記各ラジアルニードル軸受２８、２８を介して前記両支持板１２ａ、１２ｂの保持孔２７ａ、２７ｂの内周面に加わる。従って、前記各トラニオン１１、１１と、これら両支持板１２ａ、１２ｂとの位置関係が中立状態にある場合には、前記スラスト荷重は、これら両支持板１２ａ、１２ｂ内で打ち消し合う（相殺される）。尚、前記中立状態とは、前記トロイダル型無段変速機１の変速比を一定とした（変速動作を行っていない）状態で、前記各トラニオン１１、１１の位置が、前述した中立位置に存在する状態を言う。

一方、前記両支持板１２ａ、１２ｂの傾斜角度が大きくなって、これら両支持板１２ａ、１２ｂの端縁と、前記各トラニオン１１、１１の肩部とが当接した状態では、前記スラスト荷重により前記両支持板１２ａ、１２ｂの端縁が前記各トラニオン１１、１１の肩部に押し付けられ、前記当接部の面圧が大きくなる（両支持板１２ａ、１２ｂの端縁が各トラニオン１１、１１の肩部に食い込む傾向となる）。この押し付け力は、最大で、前記各トラニオン１１、１１の傾転軸２４ａ、２４ｂから前記両支持板１２ａ、１２ｂの保持孔２７ａ、２７ｂの内周面に加わるスラスト荷重に基づいて、これら各内周面に作用する摩擦力と同程度になる。前記当接部の面圧が大きくなった状態で、前記トロイダル型無段変速機１の変速比の調節を行い、前記各トラニオン１１、１１を前記各傾転軸２４ａ、２４ｂを中心として揺動変位させると、前記両支持板１２ａ、１２ｂの端縁と前記各トラニオン１１、１１の肩部とが互いに擦れ合い、この擦れ合い部に、金属接触に伴う著しい摩耗が生じる可能性がある。そして、この擦れ合い部の摩耗が進行すると、前記各トラニオン１１、１１と前記両支持板１２ａ、１２ｂとの位置関係を適正に維持し難くなって、前記トロイダル型無段変速機１の変速動作を安定して行う事が難しくなる可能性がある。

特許文献４には、各トラニオンの肩部に形成した有底の円孔に剛球を圧入固定し、これら各剛球をこれら各肩部から突出させ、これら各剛球を１対の支持板の内側面に当接させた構造が記載されている。これにより、前記各トラニオンとこれら両支持板との位置関係の変化を許容して、トロイダル型無段変速機の変速動作を安定して行わせる事ができる。但し、前記特許文献４に記載された構造の場合、前記各円孔を高精度に加工する必要があるだけでなく、部品管理及び組立作業が何れも面倒であり、更には、異物混入に就いても十分な注意を払う必要がある為、製造コストが嵩む事が避けられない。又、前記特許文献４に記載された構造の場合、球状である前記各剛球と、前記両支持板の内側面とを当接させている為、これら両支持板の傾斜方向によっては、前記各剛球と、これら両支持板の内側面との当接部の面圧が高くなる可能性がある。

特開２００３−２１４５１６号公報特開２００４−８４７１２号公報特開２００８−２５８２１号公報特開２０１１−１２７６３１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、長期間に亙って円滑な変速動作を確保し易くできる、トロイダル型無段変速機の構造を実現すべく発明したものである。

本発明のトロイダル型無段変速機は、１対の外側ディスクと、内側ディスクと、４個の支持部材と、１対の支持板と、４個のパワーローラとを備える。
このうちの１対の外側ディスクは、回転軸のうちで軸方向に互いに離隔した２箇所位置に、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、前記回転軸と同期した回転を自在として支持している。
又、前記内側ディスクは、前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面を前記両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持されたもので、一体に構成するか、若しくは１対の素子を結合して成る。
又、前記各支持部材は、前記回転軸の軸方向に関して、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ２個ずつ（合計４個）、前記回転軸に対し捩れの位置で、且つ、それぞれの両端部に設けられた傾転軸を中心とする揺動変位を可能に設けられている。
又、前記両支持板は、前記各支持部材を、前記各傾転軸の軸方向変位を可能に支持する為のものである。
又、前記各パワーローラは、前記各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接している。

特に本発明のトロイダル型無段変速機に於いては、前記両支持板の互いに対向する内側面のうち、前記各傾転軸の軸方向に関する前記各支持部材の両端面の一部で、これら各傾転軸から前記各ディスクの径方向に外れた部分に対向する部分に、これら各ディスクの中心軸の軸方向に伸長する（長軸を有する）部分楕円球状の凸部を設けている。

更に、前記各凸部の断面形状のうち、前記各ディスクの中心軸と前記各支持部材の傾転軸とに平行な仮想平面に関する断面形状である部分凸円弧の周方向端部に於ける接線と、前記両支持板の内側面とのなす角度を、これら両支持板の内側面と前記各凸部とが当接した状態でのこれら両支持板の傾斜角度（前記各支持部材とこれら両支持板との位置関係が中立状態にある時のこれら両支持板に対する傾斜角度）よりも大きくしている。

上述の様に構成する本発明のトロイダル型無段変速機によれば、長期間に亙り円滑な変速動作を確保し易くする事ができる。
即ち、１対の支持板の内側面のうち、各傾転軸の軸方向に関する各支持部材の両端面の一部で、これら各傾転軸から各ディスクの径方向に外れた部分に対向する部分に、これら各ディスクの中心軸の軸方向に伸長する部分楕円球状の凸部を設けている。従って、前記トロイダル型無段変速機の変速比を調節する事に伴い、前記両支持板が傾斜すると、前記各凸部と、前記各支持部材の端面のうち前記各傾転軸から前記各ディスクの径方向に外れた部分とが当接する。この為、前記両支持板が傾斜した場合であっても、これら両支持板の端縁が前記各支持部材の端面に食い込む事はなく、これら各支持部材が前記各傾転軸を中心に揺動変位した場合にも、前記両支持板の端縁とこれら各支持部材の端面とが擦れ合って、この擦れ合い部で著しい摩耗が発生するのを防止できる。従って、前記各支持部材と前記両支持板との位置関係を長期間に亙り適正に維持でき、前記トロイダル型無段変速機の変速動作を長期間に亙り安定して行う事ができる。
特に本発明の場合、前記凸部を、前記各ディスクの中心軸の軸方向に伸長する部分楕円球状としている為、前記両支持板の傾斜方向に拘わらず、前記凸部と、前記各支持部材の端面との当接部の面圧を抑えられて（適正な大きさに規制できて）、当該部分での摩耗の発生をより効果的に抑えられる。
更に、前記各凸部の断面形状のうち、前記各ディスクの中心軸と前記各支持部材の傾転軸とに平行な仮想平面に関する断面形状である部分凸円弧の周方向端部に於ける接線と、前記両支持板の内側面とのなす角度を、これら両支持板の内側面と前記各凸部とが当接した状態でのこれら両支持板の傾斜角度よりも大きくしている為、前記各凸部と、前記支持部材の端面との当接部の面圧をより低く抑える事ができる。

本発明の実施の形態の１例のトロイダル型無段変速機を構成する支持板を、各ディスクの径方向内方から見た平面図（Ａ）と、（Ａ）のａ−ａ断面図（Ｂ）と、（Ａ）のｂ−ｂ断面図（Ｃ）。同じく支持板の凸部とトラニオンの肩部とが当接した状態を、図４と同方向から見た状態で示す模式図。本発明の対象となるトロイダル型無段変速機を組み込んだ、従来から知られている無段変速装置の１例を示す縦断側面図。図３のｃ部拡大図。図３のｄ−ｄ断面図。トロイダル型無段変速機のユニット部分を取り出して示す斜視図。

図１、２は、本発明の実施の形態の１例を示している。尚、本例を含めて、本発明の特徴は、長期間に亙って円滑な変速動作を確保し易くすべく、１対の支持板１２ｃの内側面に、各ディスク７ａ、７ｂ、８（図３参照）の中心軸αの軸方向に伸長する部分楕円球状の凸部３６、３６を設けた点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述の図３〜６に記載した構造を含めて、従来から知られているトロイダル型無段変速機と同様であるから、同等部分に関する図示並びに説明は、省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。尚、本例の場合、基本的には、１対の支持板１２ｃが上下対称に配置される。そこで、以下の説明では、上側の支持板１２ｃの構造に就いてのみ説明する。

本例のトロイダル型無段変速機は、支持板１２ｃの互いに対向する内側面のうち、各トラニオン１１の肩部３７に対向する部分、即ち、この支持板１２ｃの四隅部分に設けた円形の保持孔２７ｃ、２７ｃの左右両側に隣接する部分に、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の中心軸αの軸方向｛図１の（Ａ）の上下方向｝に伸長する（中心軸αと平行な長軸を有する）部分楕円球状の凸部３６、３６を設けている。即ち、これら各凸部３６、３６の前記中心軸αに直交する仮想平面に関する断面形状｛図１の（Ａ）のａ−ａ断面｝の曲率半径ｒ_ａを、同じく前記中心軸αと前記各トラニオン１１の傾転軸２４ａ、２４ｂとに平行な仮想平面に関する断面形状｛図１の（Ａ）のｂ−ｂ断面｝の曲率半径ｒ_ｂよりも小さくしている（ｒ_ａ＜ｒ_ｂ）。そして、この様な凸部３６、３６を、前記各トラニオン１１の肩部３７に隙間を介して対向させている。この隙間の大きさ｛各傾転軸２４ａ、２４ｂ（図５参照）の軸方向に関する厚さ｝は、前記各凸部３６、３６の形状等の条件によって変化するが、一般的な乗用車用のトロイダル型無段変速機の場合で、１．５ｍｍ程度以下である。

特に本例の場合、前記各凸部３６、３６の断面形状のうち、前記中心軸αと前記各トラニオン１１の傾転軸２４ａ、２４ｂとに平行な仮想平面に関する断面形状である部分凸円弧の周方向端部に於ける接線βと、前記支持板１２ｃの内側面との成す角度θを、この支持板１２ｃが、図２の左右方向に対し傾斜する事で、この支持板１２ｃの内側面と前記各凸部３６、３６とが当接した状態に於けるこの支持板１２ｃの傾斜角度（前記各トラニオン１１とこの支持板１２ｃとの位置関係が中立状態にある時のこの支持板１２ｃに対する傾斜角度）φよりも大きくしている（θ＞φ）。

尚、前記角度θは、前記各凸部３６、３６の断面形状のうち、前記中心軸αと前記各トラニオン１１の傾転軸２４ａ、２４ｂとに平行な仮想平面に関する断面形状である部分凸円弧の曲率半径をｒ_ｂとし、前記各凸部３６、３６の前記中心軸αの軸方向長さをＬとした場合、次の（１）で表される。

このうちの軸方向長さＬは、前記関係（θ＞φ）を満たす限り、できるだけ小さくする事が、前記各凸部３６、３６のうちで、前記中心軸αの軸方向に関する中央部付近を、前記各トラニオン１１の肩部３７と当接させる面から好ましい。尚、一般的な乗用車用のトロイダル型無段変速機の場合、例えば、前記曲率半径ｒ_ｂは３００〜６５０ｍｍ程度であり、前記各凸部３６、３６の軸方向長さＬは１６〜３０ｍｍ程度である。

又、前記各凸部３６、３６の断面形状のうち、前記中心軸αの軸方向に直交する仮想平面に関する断面形状である部分凸円弧の曲率半径ｒ_ａ（及び各凸部３６、３６の幅ｗ）は、次の様に規制する。即ち、前記両支持板１２ｃが、前述した図５の左右方向に対して傾斜し、前記各凸部３６、３６と前記各トラニオン１１の肩部３７とが当接した（各凸部３６、３６が各トラニオン１１の肩部３７に押し付けられた）場合でも、これら各凸部３６、３６と各トラニオン１１の肩部３７との当接部の最大ヘルツ圧力Ｐ_ｍａｘが、これら各トラニオン１１の塑性面圧（これら各トラニオン１１の肩部３７が塑性変形し始める面圧）Ｐ_ｌｉｍを超えない（Ｐ_ｍａｘ＜Ｐ_ｌｉｍ）様に、前記曲率半径ｒ_ａを定める。ここで、前記最大ヘルツ圧力Ｐ_ｍａｘは、前記各凸部３６、３６と前記各トラニオン１１の肩部３７との当接部の接触楕円の長半径をａとし、同じく短半径をｂとし、前記各凸部３６、３６から前記各トラニオン１１の肩部３７に加わる荷重をＦ_ｃとすると、次の（２）式で表される。

尚、前記当接部の長半径ａ及び短半径ｂは、ヘルツの接触理論に基づき、前記各凸部３６、３６の形状（曲率半径）や、前記支持板１２ｃ及び前記各トラニオン１１の材質（ヤング率、ポアソン比）等から算出できる。

一方、前記各トラニオン１１の降伏応力をσ_ｙとすると、前記各肩部３７の硬度を平均接触圧力に換算した値であるＰ_ｍは、テイバー（Ｔａｂｏｒ）の関係から次の（３）式の様になる。

更に、前記塑性面圧Ｐ_ｌｉｍは、前記各凸部３６、３６と前記各肩部３７との接触状態を点接触と仮定した場合、次の（４）式の様にして求められる。

そして、上述の様に前記曲率半径ｒ_ｂ及び軸方向長さＬを求めた上で、前記曲率半径ｒ_ａを、前記最大ヘルツ圧力Ｐ_ｍａｘが前記塑性面圧Ｐ_ｌｉｍよりも小さくなる（Ｐ_ｍａｘ＜Ｐ_ｌｉｍ）範囲の値となる様に、計算により求める。これにより、前記支持板１２ｃが、前記図５の左右方向に対し傾斜する事で、前記各凸部３６、３６が前記各トラニオン１１の肩部３７に押し付けられた場合にも、これら各肩部３７が塑性変形しない様にする。尚、前記曲率半径ｒ_ａは、一般的な乗用車用のトロイダル型無段変速機で、５ｍｍ程度以下（好ましくは、３ｍｍ程度以下）となる。一方、前記各凸部３６、３６の幅ｗに関しては、前記曲率半径ｒ_ａが定まれば、必然的に定まる。

上述の様な凸部３６、３６を設けた支持板１２ｃを組み込んだ本例のトロイダル型無段変速機によれば、長期間に亙り円滑な変速動作を確保し易くする事ができる。
即ち、前記支持板１２ｃの内側面のうち、前記各傾転軸２４ａ、２４ｂの軸方向に関して前記各トラニオン１１の肩部３７に対向する部分に、前記各ディスク７ａ、７ｂ、８の中心軸αの軸方向に伸長する部分楕円球状の凸部３６、３６を設けている。従って、前記トロイダル型無段変速機の変速比を調節する事に伴い、前記支持板１２ｃが傾斜すると、前記各凸部３６、３６と、前記各肩部３７とが当接する。この為、この支持板１２ｃが傾斜した場合であっても、この支持板１２ｃの端縁が前記各トラニオン１１の肩部３７に食い込む事はなく、これら各トラニオン１１が前記各傾転軸２４ａ、２４ｂを中心に揺動変位した場合にも、前記支持板１２ｃの端縁とこれら各トラニオン１１の肩部３７とが強く擦れ合って、この擦れ合う部で著しい摩耗が発生するのを防止できる。

特に本例の場合、前記各凸部３６、３６を、前記中心軸αの軸方向に伸長する部分楕円球状としている為、前記支持板１２ｃの傾斜方向（図５の左右方向、或いは、図２、４の左右方向）に拘わらず、前記各凸部３６、３６と、前記各トラニオン１１の肩部３７との当接部の面圧を抑えられて（適正な大きさに規制できて）、当該部分での摩耗の発生をより効果的に抑えられる。
特に本例の場合、前記各凸部３６、３６の断面形状のうち、前記中心軸αと前記各トラニオン１１の傾転軸２４ａ、２４ｂとに平行な仮想平面に関する断面形状である部分円弧の曲率半径ｒ_ｂを、前記関係（θ＞φ）を満たす様に規制している。この為、前記支持板１２ｃが、前記図２の左右方向に対して傾斜した場合の、前記各凸部３６、３６と前記各トラニオン１１の肩部３７との当接部の面圧をより低く抑えられる。

更に、本例の場合には、前記軸方向長さＬを、前記関係（θ＞φ）を満たす事ができる範囲でできる限り小さくし、前記各凸部３６、３６のうち、前記中心軸αの軸方向に関する中央部付近と、前記各トラニオン１１の肩部３７とが当接する様にしている。この為、前記各凸部３６、３６とこれら各肩部３７との当接部の面圧が高くなった場合にも、前記各凸部３６、３６の一部に応力が集中する事を防止できる。

本発明のトロイダル型無段変速機は、前述の図３〜６に示した様な、遊星歯車式変速機と組み合わせて大きな速度比を得られる無段変速装置を構成するトロイダル型無段変速機として利用するだけでなく、遊星歯車式変速機と組み合わせる事なく、単独で自動車用自動変速機等を構成するトロイダル型無段変速機として利用する事もできる。
又、トラニオンとパワーローラとの係合部の構造に関しても、スラスト玉軸受の外輪をトラニオンの支持梁部に対し、部分円筒面同士の係合により揺動変位可能に支持する構造と、スラスト玉軸受の外輪の外側面とトラニオンの支持梁部の内側面との間にスラスト軸受を設けて、各ディスクの軸方向に関するパワーローラの変位を可能にする構造との何れの構造でも実施する事もできる。

１トロイダル型無段変速機
２遊星歯車式変速機
３低速用クラッチ
４高速用クラッチ
５入力軸
６出力軸
７ａ、７ｂ入力側ディスク
８出力側ディスク
９パワーローラ
１０玉軸受
１１トラニオン
１２ａ〜１２ｃ支持板
１３ケーシング
１４アクチュエータボディー
１５連結板
１６支柱
１７ａ、１７ｂ支持ポスト部
１８支持部
１９ボルト
２０ボルト
２１ａ、２１ｂ支持孔
２２支持梁部
２３ａ、２３ｂ折れ曲がり部
２４ａ、２４ｂ傾転軸
２５偏心軸
２６ａ〜２６ｄ転がり軸受
２７ａ、２７ｂ保持孔
２８ラジアルニードル軸受
２９外輪
３０ニードル
３１天板部
３２位置決めスリーブ
３３ａ、３３ｂアクチュエータ
３４駆動軸
３５押圧装置
３６凸部
３７肩部

Claims

回転軸のうちで軸方向に互いに離隔した２箇所位置に、それぞれが断面円弧形である互いの軸方向片側面同士を対向させた状態で、前記回転軸と同期した回転を自在として支持された１対の外側ディスクと、
前記回転軸の中間部周囲に、断面円弧形である軸方向両側面をこれら両外側ディスクの軸方向片側面に対向させた状態で、前記回転軸に対する相対回転を自在に支持された、一体の、若しくは１対の素子を結合して成る内側ディスクと、
前記回転軸の軸方向に関して、この内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面との間位置にそれぞれ２個ずつ、前記回転軸に対し捩れの位置で、且つ、それぞれの両端部に設けられた傾転軸を中心とする揺動変位を可能に設けられた支持部材と、
これら各支持部材を、前記各傾転軸の軸方向変位を可能に支持する為の１対の支持板と、
前記各支持部材に回転自在に支持され、球状凸面としたそれぞれの周面を、前記内側ディスクの軸方向両側面と前記両外側ディスクの軸方向片側面とに当接させた４個のパワーローラと
を備えるトロイダル型無段変速機に於いて、
前記両支持板の互いに対向する内側面のうち、前記各傾転軸の軸方向に関する前記各支持部材の両端面の一部で、これら各傾転軸から前記各ディスクの径方向に外れた部分に対向する部分に、これら各ディスクの軸方向に伸長する部分楕円球状の凸部を設けており、これら各凸部の断面形状のうち、前記各ディスクの中心軸と前記各支持部材の傾転軸とに平行な仮想平面に関する断面形状である部分凸円弧の周方向端部に於ける接線と、前記両支持板の内側面とのなす角度を、これら両支持板の内側面と前記各凸部とが当接した状態に於けるこれら両支持板の傾斜角度よりも大きくしている事を特徴とするトロイダル型無段変速機。